Proiectarea termică a sursei de alimentare
Problema termică a modulului de putere va afecta serios fiabilitatea modulului, iar rata de eșec a produsului va crește exponențial. Ce ar trebui să fac dacă modulul de alimentare se încălzește? Din perspectiva proiectării termice a modulelor, acest articol vă prezintă diverse soluții de proiectare și aplicații cu creșterea joasă a temperaturii, surse de alimentare de înaltă fiabilitate.
Temperatura ridicată are o mare influență asupra fiabilității modulelor de putere cu densitate mare de putere. Temperatura ridicată va duce la scăderea duratei de viață a condensatoarelor electrolitice, caracteristicile de izolație ale firelor emailate ale transformatorului, deteriorarea tranzistorului, îmbătrânirea termică a materialului, fisurarea sudurii cu punct de topire scăzut, căderea îmbinărilor de lipire și creșterea tensiunii mecanice între dispozitive. Statisticile arată că pentru fiecare creștere cu 2°C a temperaturii componentelor electronice, fiabilitatea scade cu 10%.
Cum se proiectează soluțiile termice?
Reduceți pierderile din structura și componentele circuitului: cum ar fi adoptarea de metode și tehnologii de control mai bune, tehnologie de comutare soft de înaltă frecvență, tehnologie de control cu defazare, tehnologie de rectificare sincronă etc., în plus față de selectarea componentelor de putere redusă pentru a reduce numărul de componente de încălzire, măriți lățimea liniei groase imprimate pentru a îmbunătăți eficiența sursei de alimentare;
Ambalarea componentelor are o mare influență asupra creșterii temperaturii componentelor. De exemplu, datorită diferenței de tehnologie, tubul MOS ambalat DFN este mai ușor de disipat căldura decât tubul MOS ambalat DPAK (TO252). În aceleași condiții de pierdere, creșterea temperaturii primului va fi relativ mică. În general, cu cât rezistența pachetului este mai mare, cu atât puterea nominală este mai mare și, în aceleași condiții de pierdere, creșterea temperaturii suprafeței va fi mai mică.
Uneori, parametrii circuitului și performanța par a fi normale, dar de fapt există mari probleme ascunse. După cum se arată în Figura 3, nu există nicio problemă cu performanța de bază a unui anumit circuit, dar la temperatura camerei, temperatura de suprafață a rezistorului de antrenare al tubului MOS a atins 95,2 °C atunci când este măsurată cu o cameră termică în infraroșu. În condiții de muncă de lungă durată sau în mediu de temperatură ridicată, problemele de ardere a rezistenței și deteriorarea modulului sunt foarte ușor să apară. Prin ajustarea parametrilor circuitului, pierderea de căldură ohmică a rezistorului este redusă, iar pachetul de rezistență este schimbat de la 0603 la 0805, ceea ce reduce foarte mult temperatura suprafeței.
Designul PCB Designul termic optimizat
Zona învelișului de cupru a PCB-ului, grosimea învelișului de cupru, materialul plăcii și numărul de straturi de PCB afectează toate disiparea căldurii a modulului. Placa FR4 utilizată în mod obișnuit (rășină epoxidică) este un material bun cu conductivitate termică, iar căldura componentelor de pe PCB poate fi disipată prin PCB. În aplicații speciale, există și plăci cu rezistență termică mai mică precum substraturi din aluminiu sau substraturi ceramice.
Dispunerea și rutarea PCB-ului ar trebui să ia în considerare și disiparea căldurii a modulului:
Componentele cu generare mare de căldură ar trebui să evite aspectul de stivuire și să încerce să mențină căldura distribuită uniform pe placă;
Componentele sensibile la căldură trebuie ținute departe de sursele de căldură în special;
Utilizați PCB cu mai multe straturi atunci când este necesar;
Partea din spate a elementului de putere este acoperită cu un plan de cupru pentru a disipa căldura și utilizați"găuri fierbinți" pentru a transfera căldură de pe o parte a PCB-ului pe cealaltă.
Utilizați o tehnologie mai eficientă de disipare a căldurii: utilizați tehnologia de conducție, radiație și convecție pentru a transfera căldura, inclusiv utilizarea radiatoarelor, răcirea cu aer (răcire prin convecție naturală și cu aer forțat), răcire cu lichid (apă, ulei), răcire termoelectrică, conducte de căldură, etc.
În proiectarea termică, trebuie să acordați atenție și la:
Pentru modulele de putere cu intrare de tensiune largă, punctele de încălzire și distribuția căldurii de intrare de înaltă tensiune și intrare de joasă tensiune sunt complet diferite și este necesară o evaluare cuprinzătoare. Trebuie evaluate și punctul de încălzire și distribuția căldurii în timpul protecției la scurtcircuit;
În modulele de putere pentru ghiveci, lipiciul pentru ghiveci este un material cu conductivitate termică bună. Creșterea temperaturii la suprafață a componentelor interne ale modulului va fi redusă și mai mult.
Pe lângă tehnicile de proiectare termică a sursei de alimentare menționate mai sus, pot fi selectate direct module de alimentare DC-DC izolate de înaltă performanță, care pot oferi rapid o soluție de izolare a sursei de alimentare foarte fiabile pentru sistem. Pe baza acumulării de aproape 20 de ani de experiență în proiectarea surselor de alimentare, ZHIYUAN Electronics a dezvoltat și proiectat independent circuite integrate de alimentare independente pentru a crea seria P de surse de alimentare DC-DC optimizate cu tensiune constantă pentru toate condițiile de lucru, pentru a satisface nevoile tuturor. condițiile și să ofere utilizatorilor un plan de soluții de alimentare stabile și de înaltă calitate. În comparație cu soluțiile tradiționale, IC-ul de alimentare autonomă ZHIYUAN Electronics integrează funcții de protecție, cum ar fi protecția la scurtcircuit și protecția la supra-temperatură. Are o integrare și o fiabilitate mai ridicate, asigurând o sursă de energie stabilă și de înaltă eficiență în toate condițiile de lucru și poate oferi utilizatorilor I/O și comunicare. Aplicații precum izolarea oferă soluții de alimentare standard și fiabile.
